專利名稱：高溫?zé)峤粨Q器用的散熱片和管子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池的水蒸氣改造工藝、從固體電解質(zhì)型燃料電池的廢氣中回收熱能、小燃?xì)鉁u輪機(jī)的再生器和在焚化爐中的熱回收等各種高溫?zé)峤粨Q裝置(以下統(tǒng)稱為高溫?zé)峤粨Q器)中使用的散熱片和管子。。
用于制作該高溫?zé)峤粨Q器中的散熱片和管子的材料，除了在高溫抗氧化性方面特別優(yōu)良外，另外由于需要很薄地延展，還要求具有優(yōu)良加工性、良好的導(dǎo)熱性、和優(yōu)良的可焊性或溶接性等特性。
作為該高溫?zé)峤粨Q器中的散熱片和管子的材料，使用耐高溫腐蝕性優(yōu)良的不銹鋼、鎳合金等。已知的被使用的材料例如，可以質(zhì)量％計(jì)由(以下的“％”為質(zhì)量％)0.015％以下碳、0.50％以下硅、0.05-0.40％以下錳、0.030％以下磷、0.010％以下硫、0.50-5.0％以下鉻、0.03-0.20％鈦、0.0003-0.0015％硼、0.0060以下氮、殘余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成的加工性和耐高溫氧化性優(yōu)良的熱交換器鋼板，(參見特開昭63-230853號(hào)公報(bào))，含有0.005％以下碳、1.5-4.5％的硅、1.0％以下錳、0.03％以下磷、0.03％以下硫、35.0-75.0％鎳、12.0-25.0％以下鉻，并且滿足條件3Ni≥105+20Si，殘余部分由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成的耐高溫腐蝕性優(yōu)良的鎳合金(參見特開平3-100134號(hào)公報(bào))。
然而，由于在高溫高濃度的水蒸氣氣氛中，這些用不銹鋼制作的散熱片和管子的抗氧化性不充分，所以上述高溫?zé)峤粨Q器中的散熱片和管子優(yōu)選使用高溫耐氧化性更優(yōu)良的鎳合金來制作。另一方面，雖然上述目前使用鎳合金制作的散熱片和管子具有優(yōu)良的高溫耐氧化性，但是存在以下問題加工性不夠，而且由上述現(xiàn)有鎳合金構(gòu)成的散熱片和管子的高溫?zé)峤粨Q器，隨著長(zhǎng)時(shí)間的使用，熱交換效率會(huì)降低。
(c)在含有2.0-5.0％鋁、殘余部分由鎳和不可避免的雜質(zhì)組成的含鎳合金中，根據(jù)需要還含有0.1-2.5％的硅、0.8-4.0％的鉻、0.1-1.5％的錳中的一種或二種以上，殘余部分由鎳和不可避免的雜質(zhì)組成的含鋁鎳合金的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化性得到了進(jìn)一步改善。
本發(fā)明以上述研究的結(jié)果為根據(jù)，具有以下特征(1)由含鎳合金構(gòu)成的高溫?zé)峤粨Q器用散熱片，該合金含2.0-5.0％的鋁、殘余部分由鎳和不可避免的雜質(zhì)組成；(2)由含鎳合金構(gòu)成的高溫?zé)峤粨Q器用管子，該合金含2.0-5.0％的鋁、殘余部分由鎳和不可避免的雜質(zhì)組成；(3)由含鎳合金構(gòu)成的熱交換器用散熱片，該合金含2.0-5.0％的鋁，進(jìn)一步含有0.1-2.5％的硅、0.8-4.0％的鉻和0.1-1.5％的錳中的一種或二種以上，殘余部分由鎳和不可避免的雜質(zhì)組成；
(4)由含鎳合金構(gòu)成的熱交換器用管子，該合金含2.0-5.0％的鋁，進(jìn)一步含有0.1-2.5％的硅、0.8-4.0％的鉻和0.1-1.5％的錳中的一種或二種以上，殘余部分由鎳和不可避免的雜質(zhì)組成；接著說明上述限定構(gòu)成本發(fā)明熱交換器用散熱片和管子的鎳合金的成分組成的理由。
(a)鋁在鎳合金表面形成氧化鋁保護(hù)膜，由該鎳合金制作的熱交換器的散熱片和管子上氧化垢的形成少，其結(jié)果為，即使長(zhǎng)時(shí)間使用，熱交換器的熱交換率降低也很少。然而如果其含量不足2.0％，就不會(huì)形成充足的氧化鋁保護(hù)膜，這樣不會(huì)得到預(yù)期的效果，另一方面如果其含量超過5.0％，會(huì)在基底上析出γ’相(Ni3Al金屬間化合物)，從而熱加工性降低，使得加工變得困難，因此不理想，因此鋁含量設(shè)定為2.0％-5.0％，優(yōu)選3.6％-4.4％。
(b)硅硅具有提高高溫抗氧化性作用，因此根據(jù)需要加入硅，但是如果其含量不足0.1％時(shí)，不會(huì)得到上述期望的改進(jìn)效果，另一方面，其含量超過2.5％時(shí)，熱加工時(shí)容易發(fā)生破裂，所以將其含量設(shè)定為0.1-2.5％，優(yōu)選1.2-1.8％。
(c)鉻鉻具有提高耐熱性作用，因此根據(jù)需要加入鉻，但是如果其含量少于0.8％時(shí)，特別是在1000℃以上的高溫燃燒的蒸汽氣氛下，不會(huì)達(dá)到上述期望的改進(jìn)效果。另一方面，如果其含量超過4.0％，高溫強(qiáng)度會(huì)降低，因此將其含量范圍設(shè)定為0.9-2.5％，優(yōu)選1.6-2.3％。
(d)錳錳具有提高高溫強(qiáng)度作用，因此根據(jù)需要加入錳，但是如果其含量少于0.1％時(shí)，不會(huì)達(dá)到上述期望的改進(jìn)效果。另一方面，如果其含量超過1.5％時(shí)，高溫抗氧化性會(huì)降低，所以將其含量設(shè)定為0.1-1.5％，優(yōu)選0.2-0.8％。
將原料規(guī)定比例混合，并在高頻真空溶解爐中真空溶解，真空鑄造成尺寸為120mm直徑的坯料，將其坯料加熱到1200℃狀態(tài)下進(jìn)行熱鍛造，制作成尺寸為25mm厚，120mm寬的板狀物，再將這個(gè)板狀物在1200℃條件下熱軋，制作成尺寸為3mm厚，120mm寬的熱軋板，然后將熱軋板從1200℃下急冷進(jìn)行熱處理后，除去表面的氧化垢，接著重復(fù)冷軋的操作，最終制成0.5mm厚的薄板。將該0.5mm厚的薄板切成100mm長(zhǎng)、100mm寬，然后在真空中，850℃的溫度條件下加熱，進(jìn)行急冷和退火，分別制成了由表1列出的組分的鎳合金構(gòu)成的本發(fā)明的試驗(yàn)片1-10和比較試驗(yàn)片1-2。
進(jìn)一步準(zhǔn)備商用的0.5mm厚鎳合金薄板，其中含16.88％鉻、2.86％硅、21.1％鐵、殘余部分由的鎳和不可避免的雜質(zhì)組成，將鎳合金薄板切成長(zhǎng)100mm、寬100mm，制作成傳統(tǒng)的試驗(yàn)片。用本發(fā)明的試驗(yàn)片1-10、比較試驗(yàn)片1-2和傳統(tǒng)的試驗(yàn)片來進(jìn)行下面的試驗(yàn)。抗氧化性試驗(yàn)在保持為970℃的高溫水蒸氣氛圍中，將本發(fā)明的試驗(yàn)片1-10、比較試驗(yàn)片1-2和傳統(tǒng)的試驗(yàn)片保持400小時(shí)，其中高溫水蒸氣具有假設(shè)固體電解質(zhì)型燃料電池的廢氣、由50％水蒸氣、10％二氧化碳、32％氮?dú)狻?％氧氣組成，。然后以400倍放大率，對(duì)本發(fā)明的試驗(yàn)片1-10、比較試驗(yàn)片1-2和傳統(tǒng)的試驗(yàn)片各斷面微觀結(jié)構(gòu)拍照，通過微觀結(jié)構(gòu)照片測(cè)量在合金表面形成的氧化垢的最大厚度，用表1中所示的結(jié)果評(píng)價(jià)形成氧化垢的難度，即高溫?zé)峤粨Q率的持續(xù)性。進(jìn)一步由上述微觀結(jié)構(gòu)的照片測(cè)量最大腐蝕深度(從試驗(yàn)前試驗(yàn)片表面到內(nèi)部氧化后端點(diǎn)的距離)，用表1中所示的結(jié)果評(píng)價(jià)高溫抗氧化性。加工性試驗(yàn)使用本發(fā)明的試驗(yàn)片1-10、比較試驗(yàn)片1-2和傳統(tǒng)的試驗(yàn)片，通過JISZ2247 Erichsen的試驗(yàn)(A法)測(cè)量直至發(fā)生破裂的壓痕量(以下稱為發(fā)生破裂的壓痕量)，用表1所示的結(jié)果評(píng)價(jià)在加工管子時(shí)的需要的可塑性。
表1

(*符號(hào)表示本發(fā)明范圍以外的值)從表1中所示的結(jié)果可看出，本發(fā)明試驗(yàn)片1-10與傳統(tǒng)的試驗(yàn)片相比，在合金表面形成的氧化垢的最大厚度小。內(nèi)裝本發(fā)明散熱片和管子的用于固體電解質(zhì)型燃料電池?zé)峄厥盏臒峤粨Q器，與內(nèi)裝傳統(tǒng)散熱片和管子的熱交換器相比，即使長(zhǎng)時(shí)間使用，熱交換效率也降低得少。而且對(duì)于也能維持傳統(tǒng)的高溫抗氧化性水平。另外因?yàn)楸景l(fā)明試驗(yàn)片1-10與傳統(tǒng)的試驗(yàn)片相比，加工性更優(yōu)良，所以可以制成更復(fù)雜的小型管子，特別期望制成在小型熱交換器中用的管子。
如上所述，使用了本發(fā)明散熱片和管子的高溫?zé)峤粨Q器，可長(zhǎng)期維持熱交換率，生產(chǎn)上具有優(yōu)良的效果。
權(quán)利要求
1.高溫?zé)峤粨Q器用的散熱片，其特征為，由以質(zhì)量計(jì)含有2.0-5.0％的鋁、殘余部分由鎳和不可避免的雜質(zhì)組成的鎳合金構(gòu)成。
2.高溫?zé)峤粨Q器用的管子，其特征為，由以質(zhì)量計(jì)含有2.0-5.0％的鋁、殘余部分由鎳和不可避免的雜質(zhì)組成的鎳合金構(gòu)成。
3.高溫?zé)峤粨Q器用散熱片，其特征為，由以質(zhì)量計(jì)含有2.0-5.0％的鋁、進(jìn)一步含有0.1-2.5％的硅、0.8-4.0％的鉻、0.1-1.5％的錳中的一種或兩種以上，殘余部分由鎳和不可避免的雜質(zhì)組成的鎳合金構(gòu)成。
4.高溫?zé)峤粨Q器用管子，其特征為，由以質(zhì)量計(jì)含有2.0-5.0％的鋁，進(jìn)一步含有0.1-2.5％的硅、0.8-4.0％的鉻、0.1-1.5％的錳中的一種或兩種以上，殘余部分由鎳和不可避免的雜質(zhì)組成的鎳合金構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供了高溫?zé)峤粨Q器使用的散熱片和管子。這種高溫?zé)峤粨Q器使用的散熱片和管子。由鎳合金構(gòu)成，其中鎳合金含有2.0－5.0％鋁，根據(jù)需要還含有0.1－2.5％的硅、0.8－4.0％的鉻、0.1－1.5％的錳中的一種或二種以上，殘余部分由鎳和不可避免的雜質(zhì)組成。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1444004SQ0312267
公開日2003年9月24日 申請(qǐng)日期2003年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月8日
發(fā)明者三橋章 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社